[发明专利]一种以石英砂为硅质原料制备的硅酸镁及其方法

说明书

本发明公开了一种以石英砂为硅质原料制备的硅酸镁及其方法，制备硅酸镁的原料组成为：石英砂60～69份、氧化镁40～55份、水；水固比0.20～0.50。本发明方法中石英作为硅质原料代替硅灰在高温高压的条件下可以制备得到水化硅酸镁凝胶。石英主要成分为SiO₂，相较于硅灰，其结晶度高，化学性质稳定。实验中采用160～200℃、0.62～1.55MPa压力的高温高压条件，通过提高反应的活化能从而促进反应的进行，以此制备得到水化硅酸镁凝胶。

技术领域

本发明属于硅酸镁技术领域，具体地涉及一种以石英为硅质原料和活性氧化镁在蒸养条件下制备的硅酸镁及其方法。

背景技术

水泥是当今世界上用量最大、用处最广的无机胶凝材料，水泥制品应用于经济建设的每个角落，成为人类社会发展的基础。然而，大规模传统硅酸盐水泥的生产造成了传统水泥工业的发展与资源和环境之间的不协调性。据统计，水泥生产的CO₂排放量占全世界CO₂排放量的7％，此外，混凝土制备过程中大量集料的需求造成资源的大量开采，据相关部门统计，混凝土作为水、砂子、卵石与碎石等天然资源的最大消耗者，目前正以每年约70亿t的速度消耗天然骨料。这迫使人们对传统水泥的生产和应用进行更加深入的研究和全面的优化，同时也要求我们研发并开拓更多的新型胶凝材料领域。

我国镁质矿产资源丰富，但是在传统的钙质水泥中，MgO的存在会影响水泥的质量，如果我们能够将我国闲置的镁矿石资源以及含镁废弃物加以利用，制作出新型的能够取代钙质水泥的镁质胶凝材料，那么对于保护环境和资源利用以及实现可持续发展的目标将会做出很大的贡献。在100多年前，有关水化硅酸镁胶凝材料的概念问世。19世纪90年代，有人将菱镁矿煅烧后的产物和微硅粉混合，发生反应制备得到了具有胶凝能力的水化硅酸镁。19世纪末，Steiger将氯化镁、氧化镁、硅酸钠和水混合制备得到了这种新型胶凝材料。随后在多个专著中利用氯氧镁型水泥和颗粒的石棉以及易溶的硅酸制备胶凝材料，以及利用滑石/石棉和改便性质后的活性SiO₂制备的耐火物质，但是较系统的针对水化硅酸镁胶凝体系的研究并未进行。

最近的二十年，制备的MgO-SiO₂-H₂O(M-S-H)胶凝体系大致都是采用活性氧化镁或者氢氧化镁与高活性硅质原料(硅灰、矿渣、粉煤灰等)发生反应，制备得到MgO-SiO₂-H₂O胶凝体系。韦江雄等人用氧化镁与硅灰制备MgO-SiO₂-H₂O胶凝体系，并对不同镁硅比和不同温度下制备得到的MgO-SiO₂-H₂O胶凝体系做了初步的研究。结果表明：该胶凝体系由于硅灰的比表面积大，需水量较大，因此需要通过掺加分散剂或表面活性剂等措施来对其改性，从而降低该体系的需水量。韦江雄等人尝试了多种分散剂，结果发现六偏磷酸钠(Na-HMP)对MgO-SiO₂-H₂O体系的改性效果最好。此外，Cheeseman和张婷婷等人就M-S-H凝胶的干缩变化以及M-S-H胶凝体系pH值的变化情况做了较为系统的研究。

张婷婷等人根据MgO-SiO₂-H₂O胶凝体系具有低pH值以及良好的包裹能力，提出利用活性氧化镁与高活性的硅灰制备了碱度较低(9.5～10.5)的MgO-SiO₂-H₂O胶凝材料用来固化核废料，以及将该体系运用在低pH值的喷射水泥砂浆固化和含金属铝核废料的基体中。与传统的硅酸盐水泥比较，MgO-SiO₂-H₂O胶凝材料的碱度低使得它不会产生返卤现象，但是并不适合钢筋混凝土。